¿La fuerza débil tiene una fuerza de atracción/repulsión observable en la vida cotidiana como las otras fuerzas?

¿En todos los días de la vida? ¿Como en tu cocina? No. O si es así, totalmente no en la forma en que estás pensando.

Si insiste en pensar en las interacciones fundamentales en términos de atracción y repulsión, una forma de hacerlo es describiéndolas todas en términos de la energía potencial de Yukawa,

donde el signo proviene de los signos relativos de las cargas involucradas y distingue los potenciales atractivos de los repulsivos, la constante de acoplamiento$\alpha$se determina experimentalmente , y el parámetro de rango

depende de la masa$m$del campo que media la interacción. Para la gravitación, el electromagnetismo y la fuerza de color QCD, este campo (gravitón, fotón, gluón) no tiene masa, por lo que esas fuerzas en principio tienen un rango infinito. Sin embargo, en el caso fuerte, la constante de acoplamiento$\alpha$es tan grande que los intercambios de gluones múltiples son más importantes que los intercambios de un solo gluón. Este fuerte acoplamiento significa que las cargas de color no se pueden separar de forma efectiva, lo que se conoce como "confinamiento de color". A bajas energías y largas distancias, la interacción fuerte efectiva está mediada por un espectro de campos de mesones masivos, cuyos propios potenciales de Yukawa conspiran para dar a los núcleos la estructura que tienen. Una fuerza atractiva, mediada por piones, actúa entre nucleones que están separados por unos pocos femtómetros, pero una fuerza repulsiva mediada por mesones más pesados ​​hace que sea costoso para los nucleones acercarse entre sí a menos de un femtómetro.

Para la interacción débil, los bosones de corriente neutra y cargada tienen masas de casi$100\,\mathrm{GeV}/c^2$. Eso es tres órdenes de magnitud más grande que la masa del pión.$140\,\mathrm{MeV}/c^2$, que es lo que define principalmente el tamaño de un nucleón. Entonces, para que los nucleones sintieran atracción o repulsión debido a la fuerza débil, tendrían que estar sustancialmente "superpuestos" de una manera que está prohibida por la repulsión del núcleo duro de la fuerza fuerte residual. Los efectos de la fuerza fuerte son mucho mayores que los efectos de la fuerza débil, en parte porque las constantes de acoplamiento son diferentes, pero en parte porque la fuerza fuerte evita que las partículas se acerquen lo suficiente como para que la fuerza débil pueda afectarlas mucho. directamente.

Esta misma característica que hace que la fuerza débil sea en su mayor parte irrelevante en los núcleos (y más aún en los sistemas ligados electromagnéticamente, donde las escalas de longitud son más largas que en los núcleos, y aún más en los sistemas ligados gravitacionalmente aún más grandes) también hace que la la interacción débil es más difícil de medir. De hecho, las mediciones de la interacción débil serían imposibles en sistemas de interacción fuerte si las interacciones fuerte y débil tuvieran el mismo conjunto de simetrías, y estaríamos limitados a esperar pacientemente las desintegraciones débiles. Sin embargo, podemos aprovechar el hecho de que la interacción débil es la única de las fuerzas fundamentales que cambia bajo la reflexión del espejo .

Si hay una forma en que la interacción débil afecta la vida en su cocina, es porque la interacción débil viola la paridad y las otras interacciones fundamentales no lo hacen. La hipótesis de Vester-Ulbricht sugiere una forma en que la violación de la paridad puede haber sido importante históricamente. Pero es una situación mucho más sutil que "X es atraído por Y", porque en los concursos de atracción y repulsión, la interacción débil siempre pierde ante el electromagnetismo y la fuerza fuerte.

La constante de Fermi$G_F$que caracteriza las interacciones débiles es la mitad del cuadrado de$10^{-18}$m, por lo tanto, una distancia característica mucho más corta que el tamaño de los núcleos o cualquier partícula compuesta.

Es por eso que las interacciones débiles pueden ayudar con la descomposición microscópica y las propiedades de mutación de especies de las partículas, pero difícilmente pueden equivaler a efectos macroscópicos colectivos, coherentes.

Nota aparte. La fuerza fuerte no es tan diferente, a este respecto: aunque su alcance es unas mil veces mayor que el de las interacciones débiles, del orden de fermis, tampoco tiene consecuencias macroscópicas de la vida cotidiana que no sean inherentes a la estructura nuclear.

¿La vida cotidiana? Tal vez si eres un estudiante de posgrado y vives en el laboratorio.

Esto viene de las Conferencias Feynman , 52-2. Feynman habla de simetría y de cómo describir la izquierda y la derecha a un marciano. No podemos mostrar un ejemplo. Tenemos que usar palabras.

Usando un imán muy fuerte a una temperatura muy baja, resulta que cierto isótopo de cobalto, que se desintegra emitiendo un electrón, es magnético, y si la temperatura es lo suficientemente baja como para que las oscilaciones térmicas no sacudan demasiado los imanes atómicos mucho, se alinean en el campo magnético. Así que todos los átomos de cobalto se alinearán en este fuerte campo. Luego se desintegran, emitiendo un electrón, y se descubrió que cuando los átomos se alineaban en un campo cuyo vector B apunta hacia arriba, la mayoría de los electrones se emitían en dirección hacia abajo.

En resumen, podemos decirle a un marciano dónde poner el corazón: decimos: “Escucha, construye un imán, coloca las bobinas, conecta la corriente y luego toma un poco de cobalto y baja la temperatura. Organice el experimento de modo que los electrones vayan del pie a la cabeza, luego la dirección en la que la corriente pasa a través de las bobinas es la dirección que entra por lo que llamamos la derecha y sale por la izquierda”. Entonces es posible definir derecha e izquierda, ahora, haciendo un experimento de este tipo.] 1

Aquí hay más información sobre las simetrías CP y CPT detrás de esto. Inversión temporal y simetría CPT (III)

No estoy de acuerdo con el punto tres parcialmente. Es cierto que mantienen unidos los núcleos, pero no se puede decir que sea un fenómeno cotidiano. Por los mismos motivos, podría hablar sobre la descomposición Beta de la fuerza débil, pero aún así no los contaría como efectos de la vida diaria. Además, el volumen no es una propiedad asociada a la fuerza fuerte. En términos de escalas, la fuerza EM producida es la más relevante a escala diaria en ese sentido. En otras palabras, el hecho de que no atravieses la materia y ocupe un volumen es principalmente electromagnético.

Entonces, en general, el mejor argumento que puedo darles tiene que ver con los bosones de calibre involucrados. Puedes clasificar las fuerzas en dos, de largo alcance y de corto alcance. Los primeros se reducen polinomialmente con la distancia, mientras que los últimos se reducen exponencialmente con la distancia. Esto tiene que ver con la masa del bosón de calibre que comunica tal fuerza. La gravedad, el electromagnetismo y la fuerza nuclear fuerte están mediados por gravitones, fotones y gluones respectivamente, todos los cuales carecen de masa y corresponden a fuerzas de largo alcance. Mientras que la fuerza débil está mediada por$W^{\pm},Z$que son masivos y por lo tanto lleva a que tenga un rango proporcional a$e^{-1/m_{Z,W^{\pm}}}$lo que explica la diferencia en órdenes de magnitud en la distancia a la que es relevante.

Si no hubiera interacción débil, la composición isotópica de muchos elementos sería dramáticamente diferente: habría muchos más átomos con más neutrones. Estoy seguro de que afectaría nuestra vida cotidiana, pero no puedo proporcionar más detalles en este momento.

Un ejemplo del uso de la interacción débil en la vida cotidiana (aunque puede que no esté de acuerdo) es la tomografía por emisión de positrones ( https://en.wikipedia.org/wiki/Positron_emission_tomography )